3. Различия в составе между первичной и вторичной атмосферами Земли

Один из главных аргументов, свидетельствующих о потере первичной атмосферы, - то, что на Земле благородные газы гораздо менее распространены, чем в космосе (см. табл. 5 и 7). Когда молодая Земля теряла свои летучие компоненты, легче удерживались те из них, которые могли вступить в соединение с другими элементами, образуя более тяжелые стабильные молекулы. Напротив, благородные газы, с большим трудом реагирующие с другими веществами и не образующие более тяжелых молекул с ними, терялись в первую очередь. Сейчас их на Земле очень мало.

Таблица 7. Нехватка некоторых элементов в веществе Земли^* [7]

^* (Нехватка водорода и (частично) сильная нехватка гелия могут объясняться обезгаживанием. Остальная часть дефицита гелия, как и других благородных газов - Ne, ⁸⁶Ar (но не ⁴⁰Аr, который представляет собой радиогенный изотоп, продукт распада 40К) Кr и Хе, - объясняется потерей первичной атмосферы.)

Более того, есть и другое глубокое различие в составе первичной и вторичной атмосфер. Состав первичной атмосферы определялся главным образом составом межзвездного вещества и нагреванием при аккреции. Состав же вторичной атмосферы (точнее, первичной бескислородной атмосферы) зависел от других обстоятельств. Из них главное то, 1) какие летучие компоненты остались на Земле, потерявшей первичную атмосферу, в виде тяжелых соединений; 2) как эти соединения разлагались в период обезгаживания, в результате чего постепенно формировалась вторичная атмосфера; 3) каковы были термодинамические отношения между выделившимися газами на примитивной стадии вторичной атмосферы.

Ясно, что установить состав вторичной атмосферы на ее примитивной, бескислородной стадии нелегко. Пример такой попытки - расчеты Эйбелсона [1] - ясно показывает, как много неизвестных в решаемом уравнении. Прежде всего используются глобальные данные геохимии, а они, как мы увидим в гл. XIV (разд. 4 и 5), не особенно достоверны. Все же для нашей проблемы эти подробности тоже не так уж важны. Например, неважно, чего было больше в примитивной атмосфере - СО или СО₂, СH₄ или HCN. Ведь, как мы узнаем из следующей главы, неорганический синтез "органических" соединений с равным успехом идет в атмосфере, содержащей, скажем, СО₂, СО, Н₂О, N и Н₂, и в атмосфере, состоящей из Н₂О, СH₄, NH₃ и Н₂. Если в среде присутствуют соединения Н, С, О и N вместе с Р, S и некоторыми другими элементами, то материал для неорганического синтеза "органических" веществ обеспечен. Пока в атмосфере нет кислорода, энергию для синтезов доставляют кванты жесткого солнечного ультрафиолетового излучения.

Итак, хотя состав вторичной атмосферы Земли (вернее первичной бескислородной) представляет весьма интересный объект исследования (см. работы [6, 7, 8]), он не имеет прямого отношения к происхождению жизни. Главное условие - чтобы атмосфера была бескислородной. В остальном ее состав может варьировать без ущерба для неорганического синтеза "органических" соединений.

Подведем итог. Во-первых, нас интересует только та земная атмосфера, которую астрономы называют вторичной. Во-вторых, состав этой атмосферы на ее первичной стадии определялся составом Земли, а не межзвездного вещества. Главное различие между примитивной стадией вторичной атмосферы и ее современным состоянием заключается в том, что примитивная атмосфера была бескислородной. Об этом мы еще поговорим в гл. XV.